PIN設(shè)計(jì)報(bào)告(1)

1、PIN二極管設(shè)計(jì)報(bào)告姓名：學(xué)號(hào)：班級(jí)：中國(guó)計(jì)量大學(xué)2016年3月8號(hào)一器件工作原理3二.器件設(shè)計(jì)42.1 工藝設(shè)計(jì)42.2 版圖設(shè)計(jì)5三器件版圖53.1 版圖說(shuō)明（圖+數(shù)據(jù)+說(shuō)明）53.2 制版說(shuō)明8四器件工藝84.1 工藝流程圖84.2 工藝計(jì)算104.3 工藝流程表13五.器件性能計(jì)算13六總結(jié)與體會(huì)14一器件工作原理一般的二極管是由N型雜質(zhì)摻雜的半導(dǎo)體材料和P型雜質(zhì)摻雜的半導(dǎo)體材料直接構(gòu)成形成PN結(jié)。而PIN二極管是在P型半導(dǎo)體材料和N型半導(dǎo)體材料之間加一薄層低摻雜的本征(Intrinsic)半導(dǎo)體層。 PIN二極管的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，因?yàn)楸菊靼雽?dǎo)體近似于介質(zhì)，這就相當(dāng)于增大了P-N結(jié)結(jié)

2、電容兩個(gè)電極之間的距離，使結(jié)電容變得很小。其次，P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體中耗盡層的寬度是隨反向電壓增加而加寬的，隨著反偏壓的增大，結(jié)電容也要變得很小。由于I層的存在，而P區(qū)一般做得很薄，入射光子只能在I層內(nèi)被吸收，而反向偏壓主要集中在I區(qū)，形成高電場(chǎng)區(qū)，I區(qū)的光生載流子在強(qiáng)電場(chǎng)作用下加速運(yùn)動(dòng)，所以載流子渡越時(shí)間常量減小，從而改善了光電二極管的頻率響應(yīng)。同時(shí)I層的引入加大了耗盡區(qū)，展寬了光電轉(zhuǎn)換的有效工作區(qū)域，從而使靈敏度得以提高二.器件設(shè)計(jì)2.1 工藝設(shè)計(jì)摻雜工藝：1.擴(kuò)散。替位式擴(kuò)散，間隙式擴(kuò)散 2.離子注入：用能量為100keV量級(jí)的離子束入射到材料中去，離子束與材料中的原子或分子將發(fā)生一系

3、列物理的和化學(xué)的相互作用，入射離子逐漸損失能量，最后停留在材料中，并引起材料表面成分、結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，從而優(yōu)化材料表面性能，或獲得某些新的優(yōu)異性能。氧化工藝：制備二氧化硅層，熱氧化制備2.2 版圖設(shè)計(jì) 制作PIN二極管，先由N+襯底，在外延出N-區(qū)，后由光刻進(jìn)行制作，利用正膠光刻，版圖有色部分進(jìn)行曝光。三器件版圖3.1 版圖說(shuō)明（圖+數(shù)據(jù)+說(shuō)明）版圖全貌版圖尺寸11um*6.5umL1版為擴(kuò)硼版版L2 版為金屬接線孔版L3 版為金屬接線孔反刻版以上3 塊版各另需翻制一塊，總計(jì)6塊版L1版為擴(kuò)硼版版圖尺寸 11um*6.5um 內(nèi)有7um*4um的方塊有效面積：28平方微米L2 版為引線孔版

4、版圖尺寸 11um*6.5um（由1個(gè)2um*1um的方塊組成）有效面積2平方微米L3 版為接線孔反刻版版圖尺寸 11um*6.5um（由版圖一挖去3.5um*2um的方塊組成）有效面積21平方微米3.2 制版說(shuō)明版圖總尺寸為11um*6.5um，接觸點(diǎn)采用銅鋁合金，節(jié)深2um，以N型硅為襯底，使用L1版進(jìn)行擴(kuò)硼，用L2.3.分別刻出接線孔和反刻接線板。 L1:L1-CXY-20160311：擴(kuò)硼版。采用正膠，有色區(qū)域的玻璃板有光透過(guò) L2:L2-CXY-20160311：金屬接線孔版。采用正膠，有色的區(qū)域有光透過(guò)。L3:L3-CXY-20160311：引線孔版反刻板。用正膠，有色的區(qū)域有光透

5、過(guò)。制版日期：20*年*月*日四器件工藝4.1 工藝流程圖1. 取一塊重?fù)诫s硅片，作為原始N+底2. 在其上外延一層N-型硅3、氧化得到二氧化硅層，光刻，運(yùn)用版圖1 的進(jìn)行硼的擴(kuò)散孔 . 4. 氧化得到二氧化硅層，運(yùn)用相應(yīng)版圖，光刻，鍍上鋁銅合金；反刻得到金屬電極4.2 工藝計(jì)算1. 設(shè)計(jì)靜態(tài)額定擊穿電壓1200V，考慮安全系數(shù)后指標(biāo)定為1466.67V氧板1um 場(chǎng)版4.5um 電壓1200V 假設(shè)余量為10%，場(chǎng)終端效率90%，則V=1200*（1.1）/0.9=1466V1500V；電壓266.67V1. 2.耐壓層濃度為1×10×13cm-3= Wp=61um3.擴(kuò)

6、散系數(shù)：，；=18.964.設(shè)定載流子壽命為1um。=43.54um =30.5um5.d/La=0.7005 V=0.93=0.05tanh(d/La)=0.6=0.157大注入電流密度隨導(dǎo)通壓降的公式為代入：= ，d= =30.5um，Va=0.93V，=0.157；得到 =354.46.導(dǎo)通壓降Von=Vm+Va=0.93+0.05=0.98V7.設(shè)I=1A ，可以由S=I/Jt=2.806，氧板1um 場(chǎng)版4.5um.設(shè)長(zhǎng)為長(zhǎng)為7.015um，寬4um。8. =（354.4×1466.67×0.9）/（0.98×2.806）得到為1.701×10

7、84.3 工藝流程表1.取一塊重?fù)诫s硅片，作為原始N+底2.在溫度1300，氣流速率5cm/s條件下處理80min，生長(zhǎng)濃度為1×1013cm的外延層3. 熱氧化形成SiO2層、光刻、運(yùn)用L1版圖，采用1000 下進(jìn)行20 分鐘的硼擴(kuò)散，氧版深為1m，4.氧化得到二氧化硅層，運(yùn)用版圖2和3，光刻，鍍上鋁銅合金；反刻得到金屬電極5.利用光刻背面多層金屬6.進(jìn)行封裝注意：全程都使用正膠光刻只是光照的范圍不同五.器件性能計(jì)算擊穿電壓 1466.67V導(dǎo)通壓降Von= 0.98V電流密度354.4發(fā)射極注入效率0.9面積7.015um*4um六總結(jié)與體會(huì) 這次設(shè)計(jì)的是PIN二極管，相對(duì)于上次的IC電阻，這次的設(shè)計(jì)難了很多，有大量的計(jì)算，很多公式都不清楚，完全是摸著石頭過(guò)河，不懂，單頁(yè)通過(guò)這個(gè)設(shè)計(jì)學(xué)到了很多的東西，不會(huì)的要自己學(xué)，問(wèn)同學(xué)。二極管的擊穿電壓，電流，面積大小統(tǒng)統(tǒng)都需要自己